Mokslo ir technologijų pasaulis

Po kelių valandų ekspozicijos dėl šviesos sukelto charakteristikų blogėjimo silicio saulės elementų efektyvumas gali sumažėti iki 10 procentų. Naujame darbe mokslininkai pabandė aptikti tam tikros krūvinės būsenos deguonies dimerą, kuris, kaip manoma, gali vaidinti svarbų vaidmenį saulės elementų efektyvumo mažėjimo procese. Vis dėlto atliktas tyrimas nebuvo sėkmingas – mokslininkai ėmė abejoti visuotinai priimto silicio saulės elementų charakteristikų blogėjimo mechanizmo teisingumu.

Tyrėjai iš Baltarusijos, Jungtinės Karalystės, Norvegijos, Švedijos ir Portugalijos išspausdino savo darbą naujausiame žurnalo „Applied Physics Letters“ numeryje.

Keli ankstesni darbai parodė, kad šviesos sukeltas silicio saulės elementų charakteristikų blogėjimas yra susijęs su deguonies dimero O_2i sąveika su boro atomu, kurios metu susiformuoja B_sO_2i kompleksas. B_sO_2i kompleksas gali veikti kaip stiprus rekombinacijos centras, o tai neabejotinai sumažintų saulės elementų efektyvumą.

Ankstesni tyrimai leido manyti, kad dvigubo teigiamos jonizacijos laipsnio O_2i gali pagauti elektroną, kurį skyliniame silicyje optiškai sužadina atlekiantys fotonai, todėl šis vyksmas ir lemia migravimą, vykstantį Burgoino – Korbeto mechanizmo keliu. Šio mechanizmo esmė yra ta, kad deguonies dimero judėjimą lemia perėjimas iš vienos krūvinės būsenos į kitą. Taigi tam, kad šis procesas vyktų, reikia dviejų stabilių O_2i konfigūracijų, esančių skirtingose krūvinėse būsenose.

Ankstesni ab initio (sekantys iš pirminių principų) modeliai parodė, jog skirtingo legiravimo silicio kristaluose turėtų egzistuoti dvi stabilios dimero konfigūracijos: elektroniniame silicyje dimeras turėtų būti neutralios krūvinės būsenos, o skyliniame silicyje dimeras turėtų būti dukart teigiamos krūvinės būsenos.

Iki šiol deguonies dimerą pavyko aptikti tiktai neutralios krūvinės būsenos, o dukart teigiama krūvinė būsena nebuvo stebėta jokiame silicio junginyje, nors jos egzistavimas numatytas teoriškai. Šiame darbe tyrėjai atliko sisteminę eksperimentinę dvigubai teigiamos dimero būsenos sugerties požymių paiešką, matuodami infraraudonąją skylinio ir elektroninio silicio sugertį, įskaitant netgi tuos atvejus, kai šviesos sukeltas charakteristikų blogėjimas, priskiriamas B_sO_2i, jau buvo stebėtas.

Tyrėjai patys atliko ab initio skaičiavimus, kad bent jau apytikriai nustatytų galimas vietines dukart teigiamos jonizacijos deguonies dimero vibracinių modų linijų vietas. Skaičiavimai taip pat parodė galimas vietinių dimero vibracinių modų intensyvumo vertes tiek neutraliai, tiek jonizuotai būsenai.

Vis dėlto savo bandiniuose tyrėjai neaptiko jokio dukart teigiamai jonizuoto O_2i pėdsako. Nors jų duomenys patvirtino neutralios krūvinės būsenos O_2i egzistavimą, Burgoino – Korbeto difuzijos mechanizmui susidaryti būtini abiejų krūvinių būsenų dimerai.

Apskritai gautieji rezultatai verčia suabejoti B_sO_2i kompleksų susidarymu, nors daugelis mokslininkų manė, jog šie dariniai sukelia silicio saulės elementų efektyvumo sumažėjimą. Šis tyrimas taip pat leidžia pagalvoti apie kur kas nuodugnesnį kitokių saulės elementų charakteristikų blogėjimo mechanizmų nagrinėjimą.